ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΕΣΩ ΠΕΡΙΣΦΙΓΞΗΣ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΩΝ ΟΠΛΙΣΜΕΝΟΥ ΣΚΥΡΟ ΕΜΑΤΟΣ ΜΕ ΠΛΕΓΜΑΤΑ ΣΥΝΕΧΩΝ ΙΝΩΝ ΣΕ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΜΗΤΡΑ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΛΙΚΩΝ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΕΣΩ ΠΕΡΙΣΦΙΓΞΗΣ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΩΝ ΟΠΛΙΣΜΕΝΟΥ ΣΚΥΡΟ ΕΜΑΤΟΣ ΜΕ ΠΛΕΓΜΑΤΑ ΣΥΝΕΧΩΝ ΙΝΩΝ ΣΕ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΜΗΤΡΑ ΙΑΤΡΙΒΗ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟΥ ΙΠΛΩΜΑΤΟΣ ΕΙ ΙΚΕΥΣΗΣ ΦΩΤΙΟΣ Π. ΣΤΑΥΡΟΠΟΥΛΟΣ Πολιτικός Μηχανικός Α.Π.Θ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΥ Χ. ΑΘΑΝΑΣΙΟΣ ΠΑΤΡΑ 2007

2 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η παρούσα ιατριβή ιπλώµατος Ειδίκευσης εκπονήθηκε στα πλαίσια του Προγράµµατος Μεταπτυχιακών Σπουδών του Τµήµατος Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστηµίου Πατρών. Επιβλέπων της διετέλεσε ο Καθηγητής κ. Αθανάσιος Χ. Τριανταφύλλου, τον οποίο ο γράφων ευχαριστεί θερµά για την πολύτιµη καθοδήγηση, τις εύστοχες συµβουλές και παρατηρήσεις του. Πολλές ευχαριστίες οφείλονται και στην Λέκτορα κ. Αικατερίνη Γ. Παπανικολάου για την βοήθεια και την στήριξη της καθ όλη τη διάρκεια εκπόνησης της παρούσης ιατριβής, όπως και στους Μπουρνά ιονύσιο, υποψήφιο ιδάκτορα και Ζυγούρη Κωνσταντίνο, µεταπτυχιακό φοιτητή για την άψογη συνεργασία σε όλη την διάρκεια της πειραµατικής διαδικασίας.

3 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η παρούσα ιατριβή ιπλώµατος Ειδίκευσης πραγµατεύεται την ενίσχυση υποστυλωµάτων σχεδιασµένων µε βάση παλαιότερους Ελληνικούς Κανονισµούς µε ανεπαρκείς λεπτοµέρειες όπλισης. Η ενίσχυση πραγµατοποιήθηκε τόσο µε µανδύες ινοπλισµένων πολυµερών, η χρήση των οποίων έχει ήδη γίνει ευρύτερα διαδεδοµένη στην χώρα µας, όσο και µε µανδύες ινοπλεγµάτων σε ανόργανη µήτρα, µία νέα µέθοδος ενίσχυσης η οποία εξελίσσεται µε γοργούς ρυθµούς την τελευταία πενταετία. Το πειραµατικό πρόγραµµα διεξήχθη στο Εργαστήριο Μηχανικής και Τεχνολογίας Υλικών του Τµήµατος Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστηµίου Πατρών. Το πρόγραµµα αυτό περιελάµβανε τέσσερα δοκίµια τύπου προβόλου αναπαριστώντας σε πλήρη κλίµακα υποστυλώµατα µε ύψος ίσο µε το µισό του ύψους τυπικού ορόφου. Το ένα από αυτά τα δοκίµια δοκιµάστηκε χωρίς ενίσχυση. Τα υπόλοιπα ενισχύθηκαν στην κρίσιµη περιοχή (πόδας) µε υφάσµατα και ινοπλέγµατα άνθρακα και γυαλιού σε οργανική και ανόργανη µήτρα. Εξάγονται συµπεράσµατα τόσο για την επίδραση του είδους της µήτρας στην απόκριση των ενισχυόµενων δοκιµίων, όσο και για τον τύπο του σύνθετου υλικού. Η εργασία χωρίζεται σε πέντε Κεφάλαια. Στο πρώτο Κεφάλαιο αρχικά γίνεται αναφορά στην χρήση των συνθέτων υλικών στο πεδίο των ενισχύσεων, στα συστατικά από τα οποία αποτελείται ένα σύστηµα ενίσχυσης, στις τεχνικές εφαρµογής τους και σε διάφορους παράγοντες οι οποίοι επηρεάζουν την ανθεκτικότητά τους. Στην συνέχεια γίνεται περιγραφή του φαινοµένου του πρόωρου λυγισµού του διαµήκους οπλισµού στην περιοχή της πλαστικής άρθρωσης σε παλαιού τύπου υποστυλώµατα όπως και βιβλιογραφική αναφορά για την περίσφιγξη της κρίσιµης αυτής περιοχής τους µε µανδύες ινοπλισµένων πολυµερών. Στο δεύτερο Κεφάλαιο εισάγεται η µέθοδος των ινοπλεγµάτων σε ανόργανη µήτρα και αναλύονται οι απαιτήσεις που αυτή καλείται να καλύψει. Ακολουθεί βιβλιογραφική ανασκόπηση της καινοτόµου αυτής µεθόδου η οποία αφορά κυρίως σε δοκούς. Εξετάζεται ακόµη η σύσταση αυτής της µήτρας και γίνεται αναφορά στα πλεονεκτήµατα και στα µειονεκτήµατα των ινοπλεγµάτων σε ανόργανη µήτρα έναντι των ινοπλισµένων πολυµερών. Στο τρίτο Κεφάλαιο γίνεται µία εκτενής περιγραφή της πειραµατικής διαδικασίας. Η περιγραφή αυτή αναφέρεται στον οπλισµό και στις διαστάσεις των δοκιµίων, στα χρησιµοποιούµενα υλικά, στην φάση της σκυροδέτησης και στην διαδικασία ενίσχυσής

4 τους. Στο τέλος του Κεφαλαίου γίνεται αναφορά στην πειραµατική διάταξη και στο είδος της φόρτισης στην οποία υπεβλήθησαν τα δοκίµια. Στο τέταρτο Κεφάλαιο περιγράφονται τα αποτελέσµατα των πειραµάτων ξεχωριστά για κάθε ένα δοκίµιο και παρατίθεται µία σειρά διαγραµµάτων τα οποία περιγράφουν την συµπεριφορά και τον τρόπο αστοχίας τους. Παρουσιάζονται και συγκεντρωτικά διαγράµµατα τα οποία ακολουθεί µία σειρά σχολίων. Τέλος, στο πέµπτο Κεφάλαιο γίνεται ένας σύντοµος αριθµητικός υπολογισµός του απαιτούµενου πάχους µανδύα συνθέτων υλικών στην περιοχή της πλαστικής άρθρωσης για την καθυστέρηση του λυγισµού µε βάση δύο προσοµοιώµατα της διεθνούς βιβλιογραφίας. Στο τέλος του Κεφαλαίου συνοψίζονται τα συµπεράσµατα της παρούσης ιατριβής ιπλώµατος Ειδίκευσης. Η αποτελεσµατικότητα των συνθέτων υλικών σε ανόργανη µήτρα ως προς την καθυστέρηση των δυσµενών συνεπειών του λυγισµού των διαµήκων ράβδων ήταν αρκετά υψηλή. Η διαπίστωση αυτή, σε συνδυασµό µε τα πολλά πλεονεκτήµατα που απορρέουν από την αντικατάσταση των οργανικών ρητινών από τις ανόργανες αυτές µήτρες, καθιστούν την υπόψη τεχνική ενδιαφέρουσα και πολλά υποσχόµενη στο εγγύς µέλλον όσον αφορά την ενίσχυση µελών οπλισµένου σκυροδέµατος.

5 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΥΜΒΟΛΙΣΜΩΝ ΛΑΤΙΝΙΚΑ A g A e A s D d b Ε Ε ds Ε f Ε r Ε s f c f cc f u f y f yw Συνολικό εµβαδόν διατοµής Εµβαδόν περισφιγµένου σκυροδέµατος στην διατοµή Εµβαδόν διατοµής διαµήκους χάλυβα οπλισµού ιάµετρος κυκλικής διατοµής ιάµετρος ράβδων διαµήκους οπλισµού Μέτρο Ελαστικότητας ιπλό µέτρο Ελαστικότητας του διαµήκους χάλυβα Μέτρο Ελαστικότητας συνθέτων υλικών (παράλληλα στις ίνες) Ισοδύναµο µέτρο Ελαστικότητας Τέµνον µέτρο Ελαστικότητας του διαµήκους χάλυβα 1) Θλιπτική αντοχή σκυροδέµατος 2) Κυλινδρική αντοχή σκυροδέµατος (Elnabelsy and Saatcioglu, 2004) Θλιπτική αντοχή περισφιγµένου σκυροδέµατος Εφελκυστική αντοχή χάλυβα Τάση διαρροής διαµήκους χάλυβα Τάση διαρροής συνδετήρων f fl Εφελκυστική αντοχή του µανδύα (Elnabelsy and Saatcioglu, 2004) k c r c s h t f Συντελεστής αποδοτικότητας περίσφιγξης (Elnabelsy and Saatcioglu, 2004) Ακτίνα καµπυλότητας στις γωνίες ορθογωνικής διατοµής Απόσταση συνδετήρων Πάχος συνθέτου υλικού

6 ΕΛΛΗΝΙΚΑ α f γ Rd ε cc ε ccu ε co ε f ρ s σ l ψ Συντελεστής αποδοτικότητας µανδύα Συντελεστής ασφάλειας για την αβεβαιότητα προσοµοίωσης Παραµόρφωση περισφιγµένου σκυροδέµατος σε τάση f cc Οριακή παραµόρφωση περισφιγµένου σκυροδέµατος Οριακή παραµόρφωση σκυροδέµατος Παραµόρφωση στα σύνθετα υλικά Γεωµετρικό ποσοστό διαµήκους χάλυβα Εγκάρσια τάση Συντελεστής ο οποίος λαµβάνει τιµές ίσες µε 1.5 και στην περίπτωση του συµµετρικού και του πλευρικού λυγισµού αντίστοιχα (Syntzirma, D.V and Pantazopoulou S. J., 2003),

7 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ - ΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ Σελίδα 1.1 Σχέσεις εφελκυστικής τάσης-παραµόρφωσης για διαφόρους τύπους ινών και για τον χάλυβα (α) Αξονική καταπόνηση υποστυλώµατος µε µανδύα συνθέτων υλικών. (β) Ανάπτυξη εγκαρσίων τάσεων λόγω διόγκωσης Καµπύλες θλιπτικής τάσης παραµόρφωσης για σκυρόδεµα περισφιγµένο µε σύνθετα υλικά Καµπύλες τάσης παραµόρφωσης ινών-µήτρας (α) επιθυµητή (β) µη επιθυµητή (α) Οργανική µήτρα. (β) Ανόργανη µήτρα Εφαρµογή λωρίδων σε σπειροειδή διάταξη χωρίς επικόλληση Περιγραφή δοκιµίου ιάγραµµα δύναµης µετακίνησης (δοκίµιο L0_C) ιάγραµµα αξονικού φορτίου συναρτήσει του χρόνου (δοκίµιο L0_C) ιάγραµµα µέσης αξονικής παραµόρφωσης συναρτήσει του χρόνου. (α) Στάθµη 1 (130 mm). (β) Στάθµη 2 (260 mm). (γ) Στάθµη 3 (450 mm) (δοκίµιο L0_C) ιάγραµµα πλάτους ρωγµής συναρτήσει της ανηγµένης µετακίνησης. (α) Μεταξύ σταθµών 1-2. (β) Μεταξύ σταθµών 2-3. (γ) Μεταξύ σταθµών 1-3 (δοκίµιο L0_C) ιάγραµµα γωνίας στροφής χορδής λόγω ολίσθησης συναρτήσει της ανηγµένης µετακίνησης (δοκίµιο L0_C) ιάγραµµα µέσης αξονικής παραµόρφωσης συναρτήσει της µετακίνησης. (α) Στάθµη 1 (130 mm). (β) Στάθµη 2 (260 mm). (γ) Στάθµη 3 (450 mm) (δοκίµιο L0_C) ιάγραµµα απορροφούµενης ενέργειας συναρτήσει των κύκλων φόρτισης (δοκίµιο L0_C) ιάγραµµα δυσκαµψίας - ανηγµένης µετακίνησης (δοκίµιο L0_ C) ιάγραµµα δύναµης µετακίνησης (δοκίµιο L0_R2) ιάγραµµα αξονικού φορτίου συναρτήσει του χρόνου (δοκίµιο L0_R2) 117

8 4.11 ιάγραµµα µέσης αξονικής παραµόρφωσης συναρτήσει του χρόνου. (α) Στάθµη 1 (130 mm). (β) Στάθµη 2 (260 mm). (γ) Στάθµη 3 (450 mm) (δοκίµιο L0_R2) ιάγραµµα πλάτους ρωγµής συναρτήσει της ανηγµένης µετακίνησης. (α) Μεταξύ σταθµών 1-2. (β) Μεταξύ σταθµών 2-3. (γ) Μεταξύ σταθµών 1-3 (δοκίµιο L0_R2) ιάγραµµα γωνίας στροφής χορδής λόγω ολίσθησης συναρτήσει της ανηγµένης µετακίνησης (δοκίµιο L0_R2) ιάγραµµα µέσης αξονικής παραµόρφωσης συναρτήσει της µετακίνησης. (α) Στάθµη 1 (130 mm). (β) Στάθµη 2 (260 mm). (γ) Στάθµη 3 (450 mm) (δοκίµιο L0_R2) ιάγραµµα απορροφούµενης ενέργειας συναρτήσει των κύκλων φόρτισης (δοκίµιο L0_R2) ιάγραµµα δυσκαµψίας - ανηγµένης µετακίνησης (δοκίµιο L0_R2) ιάγραµµα δύναµης µετακίνησης (δοκίµιο L0_M4) ιάγραµµα αξονικού φορτίου συναρτήσει του χρόνου (δοκίµιο L0_M4) ιάγραµµα µέσης αξονικής παραµόρφωσης συναρτήσει του χρόνου. (α) Στάθµη 1 (130 mm). (β) Στάθµη 2 (260 mm). (γ) Στάθµη 3 (450 mm) (δοκίµιο L0_M4) ιάγραµµα πλάτους ρωγµής συναρτήσει της ανηγµένης µετακίνησης. (α) Μεταξύ σταθµών 1-2. (β) Μεταξύ σταθµών 2-3. (γ) Μεταξύ σταθµών 1-3 (δοκίµιο L0_M4) ιάγραµµα γωνίας στροφής χορδής λόγω ολίσθησης συναρτήσει της ανηγµένης µετακίνησης (δοκίµιο L0_M4) ιάγραµµα µέσης αξονικής παραµόρφωσης συναρτήσει της µετακίνησης. (α) Στάθµη 1 (130 mm). (β) Στάθµη 2 (260 mm). (γ) Στάθµη 3 (450 mm) (δοκίµιο L0_M4) ιάγραµµα απορροφούµενης ενέργειας συναρτήσει των κύκλων φόρτισης (δοκίµιο L0_M4) ιάγραµµα δυσκαµψίας - ανηγµένης µετακίνησης (δοκίµιο L0_M4) ιάγραµµα δύναµης µετακίνησης (δοκίµιο L0_M4G) ιάγραµµα αξονικού φορτίου συναρτήσει του χρόνου (δοκίµιο L0_M4G) ιάγραµµα µέσης αξονικής παραµόρφωσης συναρτήσει του χρόνου 140

9 (α) Στάθµη 1 (130 mm). (β) Στάθµη 2 (260 mm). (γ) Στάθµη 3 (450 mm) (δοκίµιο L0_M4G) 4.28 ιάγραµµα πλάτους ρωγµής συναρτήσει της ανηγµένης µετακίνησης. (α) Μεταξύ σταθµών 1-2. (β) Μεταξύ σταθµών 2-3. (γ) Μεταξύ σταθµών 1-3 (δοκίµιο L0_M4G) ιάγραµµα γωνίας στροφής χορδής λόγω ολίσθησης συναρτήσει της ανηγµένης µετακίνησης (δοκίµιο L0_M4G) ιάγραµµα µέσης αξονικής παραµόρφωσης συναρτήσει της µετακίνησης. (α) Στάθµη 1 (130 mm). (β) Στάθµη 2 (260 mm). (γ) Στάθµη 3 (450 mm) (δοκίµιο L0_M4G) ιάγραµµα απορροφούµενης ενέργειας συναρτήσει των κύκλων φόρτισης (δοκίµιο L0_M4G) ιάγραµµα δυσκαµψίας - ανηγµένης µετακίνησης (δοκίµιο L0_M4G) Συγκριτικό διάγραµµα δύναµης - µετακίνησης Συγκριτικό διάγραµµα απορροφούµενης ενέργειας συναρτήσει των κύκλων φόρτισης Συγκριτικό διάγραµµα δυσκαµψίας συναρτήσει της ανηγµένης µετακίνησης Συγκριτικό διάγραµµα γωνίας στροφής χορδής λόγω ολίσθησης συναρτήσει της ανηγµένης µετακίνησης 147

10 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ Σελίδα 1.1 Τοµή ελάσµατος συνθέτου υλικού σε µεγέθυνση Ύφασµα από ίνες άνθρακα Έλασµα σε µορφή ρόλου από ίνες άνθρακα Ύφασµα από ίνες γυαλιού Ύφασµα από ίνες αραµιδίου Πλέγµατα ινών (α) δύο διευθύνσεων και (β) τεσσάρων διευθύνσεων Επικόλληση ινοπλεγµάτων σε κονίαµα στη βάση υποστυλώµατος Αστοχία οπλισµού ενίσχυσης στο δοκίµιο R4_fl λόγω εφελκυστικής θραύσης των ινών Αστοχία οπλισµού ενίσχυσης στο δοκίµιο Μ4_fl λόγω αποκόλλησης (α) Εφελκυστική αστοχία του µανδύα (β) Αποκόλληση του µανδύα από το τέλος της αγκύρωσης ιατµητική αστοχία της δοκού αναφοράς ιατµητική αστοχία και αποκόλληση του υφάσµατος της ενισχυµένης δοκού Τοποθέτηση συµβατικού µανδύα µονού υφάσµατος Τοποθέτηση ελικοειδών λωρίδων Οπλισµός του πεδίλου οκιµή θλίψης κύβων σκυροδέµατος οκιµή εφελκυσµού νευροχάλυβα Φ14 στην MTS Ύφασµα συνεχών ινών άνθρακα (Tyfo SCH-11UP) Ύφασµα πλέγµατος άνθρακα (SAERTEX) Ύφασµα πλέγµατος γυαλιού (SAERTEX) Εποξειδική ρητίνη δύο συστατικών Το κονίαµα που χρησιµοποιήθηκε (ISOMAT- Megacret Grid) Ποσότητα ρευστοποιητή Προσθήκη σκόνης κονιάµατος Μήτρες κονιάµατος (α) Κάµψη τριών σηµείων πρισµατικού κονιάµατος. (β) οκιµή θλίψης 75

11 των επιµέρους τµηµάτων 3.13 (α) Συσκευή Matest Flow Table Motorized. (β) Αρχική πλήρωση κόλουρου κώνου και συµπλήρωση κονιάµατος (α) Ο κόλουρος κώνος πληρωµένος µε κονίαµα. (β) Το κονίαµα µετά την εξάπλωσή του µέτρηση διαµέτρου Μεταλλικός κλωβός (α), (β) Εξοµάλυνση της επιφάνειας του χάλυβα (α), (β) Επικάλυψη των gages µε ειδική κόλλα και µονωτική ταινία Περιτύλιξη των καλωδίων µε µονωτική ταινία Τοποθέτηση χαλκοσωλήνων στις οπές Μεταλλότυπος λίγο πριν την σκυροδέτηση Λάδωµα των καλουπιών µετά την τοποθέτηση του πλαστικού σωλήνα στην γωνιά για την καµπύλωσή της (α), (β) Πλαστικοί αποστατήρες για την εξασφάλιση της επικάλυψης στο υποστύλωµα (1 cm) Πλαστικοί αποστατήρες για την εξασφάλιση της επικάλυψης στο πέδιλο (2 cm) (α) Όχηµα µεταφοράς έτοιµου σκυροδέµατος. (β) όνηση Υποστυλώµατος (γ), (δ) όνηση πεδίλου. (ε), (στ) Επιπέδωση τελικής επιφάνειας. (ζ) Σκυροδέτηση και δόνηση των κυβικών δοκιµίων. (η) Οι µεταλλικοί κλωβοί µετά την σκυροδέτηση (α), (β) Λείανση των επιφανειών σκυροδέµατος των δοκιµίων. (γ), (δ) Στρογγύλεµα των γωνιών. (ε), (στ) Τελική µορφή επιφάνειας (α) Κοπή υφάσµατος. (β), (γ) Ανάµιξη ρητίνης µε σκληρυντή. (δ) Παρασκευή ρητίνης. (ε), (στ) Επάλειψη της επιφάνειας. (ζ), (η) Εµποτισµός υφάσµατος µε ρητίνη. (θ), (ι) Επικόλληση υφάσµατος 1 ης στρώσης. (κ) Πάτηµα υφάσµατος 1 ης στρώσης. (λ) Επικόλληση υφάσµατος 2 ης στρώσης. (µ) Πάτηµα υφάσµατος 2 ης στρώσης. (ν) Τελική µορφή δοκιµίου (α) Κόψιµο υφάσµατος. (β) ιαβροχή επιφάνειας. (γ), (δ) Ανάµιξη νερού και κονίας. (ε) Παρασκευή κονιάµατος. (στ) Επάλειψη της επιφάνειας. (ζ) Επικόλληση πλέγµατος άνθρακα 1 ης στρώσης. (η) Πάτηµα πλέγµατος άνθρακα για τον εµποτισµό των βροχίδων. 96

12 (θ) Περιτύλιξη πλέγµατος άνθρακα. (ι) Τελική µορφή δοκιµίου 3.28 (α), (β), (γ), (δ) Επικόλληση πλέγµατος γυαλιού Πειραµατική διάταξη (α), (β) Υδραυλικός γρύλλος. (γ) Ηλεκτροκίνητη αντλία λαδιού Έµβολο επιβολής πλευρικής οριζόντιας µετακίνησης Γραµµικός ποτενσιόµετρο µέτρησης µετακίνησης ιάταξη των ποτενσιοµέτρων στο δοκίµιο (α) Αστοχία δοκιµίου L0_C στην θετική διεύθυνση. (β) Αστοχία δοκιµίου L0_C στην αρνητική διεύθυνση (α), (β) Ρηγµάτωση και αποτίναξη σκυροδέµατος της θλιβόµενης ζώνης (δοκίµιο L0_C) (α), (β) Λυγισµός διαµήκων ράβδων (δοκίµιο L0_C) (α) Αστοχία δοκιµίου L0_R2 στην θετική διεύθυνση. (β) Αστοχία δοκιµίου L0_R2 στην αρνητική διεύθυνση (α), (β) Ρηγµάτωση και αποτίναξη σκυροδέµατος της θλιβόµενης ζώνης πάνω από τον µανδύα (δοκίµιο L0_R2) (α), (β) Λυγισµός διαµήκων ράβδων πάνω από τον µανδύα (δοκίµιο L0_R2) (α) Μετατόπιση δοκιµίου L0_M4 στην θετική διεύθυνση. (β) Μετατόπιση δοκιµίου L0_M4 στην αρνητική διεύθυνση (δοκίµιο L0_M4) (α), (β) Οριζόντια ρωγµή κατά µήκος (δοκίµιο L0_M4) (α) Ρηγµάτωση του δοκιµίου πάνω από τον µανδύα. (β) Αποτίναξη κονιάµατος (δοκίµιο L0_ M4) (α) Αστοχία δοκιµίου L0_M4G στην θετική διεύθυνση. (β) Αστοχία δοκιµίου L0_M4G στην αρνητική διεύθυνση (α), (β) Οριζόντια ρωγµή κατά µήκος (δοκίµιο L0_ M4G) (α), (β) Θραύση µανδύα (δοκίµιο L0_ M4G) (α), (β) Λυγισµός διαµήκων ράβδων (δοκίµιο L0_ M4G) 138

13 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ 1.1 Τυπικές ιδιότητες των ινών 1.2 Ποιοτική αξιολόγηση των χαρακτηριστικών συνθέτων υλικών 1.3 Μηχανικές ιδιότητες ρητινών 1.4 Ενδεικτικές ιδιότητες εποξειδικών ρητινών και σύγκριση µε σκυρόδεµα και χάλυβα 1.5 Αξιολόγηση των ινών συνθέτων υλικών µε βάση την ανθεκτικότητα 2.1 Ονοµασία δοκών (Wiberg, 2003) 3.1 Θλιπτική αντοχή κύβων σκυροδέµατος 3.2 Τάση διαρροής νευροχάλυβα 3.3 Μηχανικά χαρακτηριστικά υφασµάτων και πλεγµάτων 3.4 Μηχανικά χαρακτηριστικά της εποξειδικής ρητίνης (Tyfo S Epoxy) Σελίδα

14 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Σελίδα ΠΡΟΛΟΓΟΣ i ΠΕΡΙΛΗΨΗ ii ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΥΜΒΟΛΙΣΜΩΝ iv ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ - ΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ vi ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ ix ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ xii ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ xiii 1. ΤΑ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ ΣΤΟ ΠΕ ΙΟ ΤΩΝ ΕΝΙΣΧΥΣΕΩΝ ΤΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΧΡΗΣΗ ΤΩΝ ΣΥΝΘΕΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΣΤΟ ΠΕ ΙΟ ΤΩΝ ΕΝΙΣΧΥΣΕΩΝ ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΤΕΧΝΙΚΕΣ Ίνες Ίνες Άνθρακα Ίνες Γυαλιού Ίνες Αραµιδίου Μήτρα Κόλλα Συστήµατα Ενίσχυσης Τεχνικές εφαρµογής των συνθέτων υλικών ΑΝΘΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑ ΣΥΝΘΕΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ Επίδραση της θερµοκρασίας Επίδραση της υγρασίας Επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας Επίδραση του αλκαλικού και του όξινου περιβάλλοντος Επίδραση της ψύξης - απόψυξης Επίδραση της γαλβανικής διάβρωσης Επίδραση του ερπυσµού Επίδραση της θραύσης και διάβρωσης υπό τάση 22

15 1.4.9 Επίδραση της κόπωσης Επίδραση της κρούσης ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ ΤΗΣ ΠΑΡΟΥΣΗΣ ΙΑΤΡΙΒΗΣ ΠΕΡΙΣΦΙΓΞΗ ΣΚΥΡΟ ΕΜΑΤΟΣ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ Γενικά Περίσφιγξη υποστυλωµάτων µε µανδύες συνθέτων υλικών Συµπεριφορά περισφιγµένου σκυροδέµατος µε µανδύες συνθέτων υλικών Περίσφιγξη µε µανδύες συνθέτων υλικών στην περιοχή της πλαστικής άρθρωσης υποστυλωµάτων µε σκοπό την καθυστέρηση της εµφάνισης του λυγισµού των διαµήκων ράβδων ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΕΡΙΣΦΙΓΞΗ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΩΝ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΗΣ ΠΛΑΣΤΙΚΗΣ ΑΡΘΡΩΣΗΣ ΜΕ ΜΑΝ ΥΕΣ ΣΥΝΘΕΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΣΕ ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΜΗΤΡΑ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ ΑΝΟΡΓΑΝΗΣ ΜΗΤΡΑΣ ΓΕΝΙΚΑ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΣΥΝΘΕΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΑΝΟΡΓΑΝΗΣ ΜΗΤΡΑΣ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑΣ ΓΙΑ ΤΑ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ ΑΝΟΡΓΑΝΗΣ ΜΗΤΡΑΣ ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΗΣ ΑΝΟΡΓΑΝΗΣ ΜΗΤΡΑΣ ΚΑΙ ΣΥΝΑΦΕΙΑ ΙΝΩΝ- ΜΗΤΡΑΣ ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΙΝΟΠΛΙΣΜΕΝΩΝ ΠΟΛΥΜΕΡΩΝ (FRPs) ΜΕ ΙΝΟΠΛΕΓΜΑΤΑ ΣΕ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΜΗΤΡΑ (TRMs) ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ ΓΕΝΙΚΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΩΝ ΟΚΙΜΙΩΝ ΥΛΙΚΑ Σκυρόδεµα Χάλυβας Ίνες 68

16 3.3.4 Κόλλες Ρητίνη Κονίαµα ανόργανης µήτρας Παρασκευή του κονιάµατος οκιµές µέτρησης της αντοχής του κονιάµατος οκιµή εξάπλωσης του κονιάµατος ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑ ΤΩΝ ΟΚΙΜΙΩΝ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ ΚΑΙ ΑΦΑΙΡΕΣΗ ΤΩΝ ΞΥΛΟΤΥΠΩΝ ΠΡΟΕΡΓΑΣΙΑ ΤΗΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ ΤΩΝ ΟΚΙΜΙΩΝ ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΤΩΝ ΟΚΙΜΙΩΝ οκίµια περισφιγµένα µε ύφασµα άνθρακα σε οργανική µήτρα (ρητίνη) οκίµια περισφιγµένα µε πλέγµατα ινών σε ανόργανη µήτρα (τσιµεντοκονίαµα τροποποιηµένο µε πολυµερή) ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΙΑΤΑΞΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗΣ ΙΑ ΙΚΑΣΙΑΣ ΓΕΝΙΚΑ ΟΚΙΜΙΟ L0_C ΟΚΙΜΙΟ L0_R ΟΚΙΜΙΟ L0_M ΟΚΙΜΙΟ L0_M4G ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΑΝΑΛΥΤΙΚΕΣ ΣΧΕΣΕΙΣ ΑΠΟ ΤΗΝ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΑΝΑΛΥΤΙΚΟΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΟΥ ΠΑΧΟΥΣ ΜΑΝ ΥΑ ΣΥΝΘΕΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΗΣ ΠΛΑΣΤΙΚΗΣ ΑΡΘΡΩΣΗΣ ΣΥΝΟΨΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑΣ - ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 154 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 158

17 1. ΤΑ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ ΣΤΟ ΠΕ ΙΟ ΤΩΝ ΕΝΙΣΧΥΣΕΩΝ ΤΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ 1.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η έντονη σεισµικότητα του Ελλαδικού χώρου, µε τις απρόβλεπτες και πολλές φορές καταστροφικές συνέπειες που αυτή προκαλεί σε κάθε είδους δόµηµα, έχει αρχίσει εδώ και λίγα χρόνια, να απασχολεί σε σηµαντικό βαθµό τον τεχνικό κόσµο της χώρας όσον αφορά την επισκευή και ενίσχυση των υφισταµένων κατασκευών. Μία νέα τεχνική ενίσχυσης, η οποία θα περιγραφεί στην συνέχεια, βασίζεται στην χρήση συνθέτων υλικών. 1.2 ΧΡΗΣΗ ΤΩΝ ΣΥΝΘΕΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΣΤΟ ΠΕ ΙΟ ΤΩΝ ΕΝΙΣΧΥΣΕΩΝ Η γήρανση των κατασκευών, τα προβλήµατα διαβρώσεως του οπλισµού, η αλλαγή χρήσεως υφιστάµενων έργων, οι βλάβες που προκαλούνται από τους σεισµούς καθώς και η προσεισµική ενίσχυση, οδηγούν σε ολοένα αυξανόµενη συµµετοχή του τοµέα των επεµβάσεων στο σύνολο των δραστηριοτήτων της βιοµηχανίας των κατασκευών και διεθνώς και στην χώρα µας. Για τις επεµβάσεις σε υφιστάµενες κατασκευές αναζητούνται νέα υλικά και τεχνικές οι οποίες να εξασφαλίζουν αποτελεσµατικότητα, ταχύτητα και ευκολία στην εφαρµογή, καθώς και µείωση του κόστους των επεµβάσεων. Τα τελευταία δεκαπέντε χρόνια έχει αναπτυχθεί µία νέα τεχνική ενίσχυσης, η οποία βασίζεται στην χρήση προηγµένων υλικών που αποτελούνται από το συνδυασµό ινών (άνθρακα, γυαλιού, αραµιδίου ή ακόµη και υβριδικά µε διάφορους τύπους ινών) σε µήτρα εποξειδικής ρητίνης. Τα υλικά αυτά είναι ευρύτερα γνωστά ως ινοπλισµένα πολυµερή (Fibre Reinforced Polymers FRP) ή απλώς σύνθετα υλικά. Η εφαρµογή τους ως οπλισµός ενίσχυσης στοιχείων οπλισµένου σκυροδέµατος ή φέρουσας τοιχοποιίας συνίσταται στην µέσω εποξειδικών ρητινών επικόλλησή τους σε εξωτερικές επιφάνειες δοµικών µελών, µε προσανατολισµό ινών τέτοιο ώστε να παραλαµβάνουν εφελκυστικές δυνάµεις (Τριανταφύλλου, 2005). Τα πρώτα σύνθετα υλικά χρονολογούνται από τα τέλη του 19 ου αιώνα και είχαν ως συστατικά φυσικές ρητίνες και ίνες, όπως πίσσα και ίνες ξύλου. Στις τελευταίες δεκαετίες έχουν τύχει ευρείας εφαρµογής στην παραγωγή τεράστιας ποικιλίας προϊόντων που σχετίζονται σε µεγάλο ποσοστό µε την αυτοκινητοβιοµηχανία, τη χηµική βιοµηχανία, τη

18 ναυσιπλοΐα, την αεροναυπηγική, τα είδη σπορ κ.α. Η εικόνα αυτή έχει αλλάξει ραγδαία τα τελευταία χρόνια, κατά τα οποία ένα µεγάλο τµήµα της παγκόσµιας παραγωγής συνθέτων υλικών (το 25% περίπου το έτος 2002) απορροφάται στο πεδίο των τεχνικών έργων. Άλλες εκτιµήσεις για την παγκόσµια χρήση των συνθέτων υλικών στο πεδίο των τεχνικών έργων προβλέπουν ετήσιο ρυθµό αύξησης της τάξης του 3%. Μάλιστα, µε αρκετή δόση υπερβολής, διάφορα σενάρια προβλέπουν ότι στο µέλλον οι χρησιµοποιούµενες ποσότητες συνθέτων υλικών στα τεχνικά έργα θα είναι συγκρίσιµες µε αυτές του χάλυβα και του σκυροδέµατος. Τα κυριότερα πλεονεκτήµατα των συνθέτων υλικών είναι η ανθεκτικότητα σε διάρκεια (είναι εξαιρετική για υλικά µε ίνες άνθρακα και µέτρια-καλή για υλικά µε ίνες γυαλιού, οι οποίες προσβάλλονται από το αλκαλικό περιβάλλον του σκυροδέµατος αν είναι σε άµεση επαφή, αλλά και από ορισµένα οξείδια), το χαµηλό βάρος (περίπου το 1/4-1/5 του κοινού χάλυβα), η εξαιρετικά υψηλή εφελκυστική αντοχή τους (πολλαπλάσια του κοινού χάλυβα), το γεγονός ότι απαιτούν ελάχιστο ή και καθόλου βαρύ εξοπλισµό για την τοποθέτησή τους, η διαθεσιµότητα των υλικών σε πολύ µεγάλα µήκη και η µεγάλη ευκαµψία τους µε αποτέλεσµα η αντίστοιχη τεχνική ενίσχυσης να χαρακτηρίζεται από εξαιρετική ευκολία και ταχύτητα εφαρµογής, ακόµα και σε τµήµατα κατασκευών µε δύσκολη πρόσβαση. Με την χρήση των συνθέτων υλικών δεν αυξάνονται οι διαστάσεις των υπό ενίσχυση δοµικών στοιχείων και γενικότερα η ενίσχυση µέσω αυτών είναι µη παρεµβατική ενίσχυση, γεγονός που την κάνει ιδιαίτερα ελκυστική σε επεµβάσεις σε ιστορικά κτίρια αφού είναι δυνατόν οι ενισχυµένες επιφάνειες να επιχριστούν και να χρωµατιστούν, διατηρώντας έτσι την αισθητική και την αρχιτεκτονική της υπάρχουσας κατασκευής. Η εφαρµογή τους κρίνεται σκόπιµη και στην περίπτωση που πρέπει να αποφευχθεί η επιρροή µαγνητικών πεδίων που δηµιουργούνται εξαιτίας του µεταλλικού οπλισµού (π.χ. σε νοσοκοµεία για την προστασία των τοµογράφων). Επιπρόσθετα η υψηλή αντοχή (και ενίοτε δυσκαµψία αντίστοιχη µε αυτήν του χάλυβα) ευνοεί την τοποθέτησή τους χωρίς την χρήση ικριωµάτων. Έτσι η τεχνική των συνθέτων υλικών είναι ιδιαίτερα ανταγωνιστική µε συµβατικές τεχνικές επεµβάσεων (π.χ. επικόλληση χαλυβοελασµάτων, µεταλλικοί µανδύες) παρά το υψηλότερο κόστος υλικών, γι αυτό και οι εφαρµογές της αυξάνονται µε ραγδαίους ρυθµούς (Τριανταφύλλου, 2000). Αντίστοιχα, τα κυριότερα µειονεκτήµατά τους είναι η πτωχή συµπεριφορά σε υψηλές θερµοκρασίες, το σχετικά υψηλό κόστος (το οποίο όµως µειώνεται χρόνο µε τον χρόνο), και η έλλειψη πλαστιµότητας (όχι όµως και παραµορφωσιµότητας). Επιπλέον, τα σύνθετα υλικά είναι ευαίσθητα και σε περιβαλλοντικές δράσεις όπως η υπεριώδης

19 ακτινοβολία, η υγρασία και η δράση χηµικών. Σε γενικές γραµµές η παραπάνω ευαισθησία εξαρτάται από τον τύπο των ινών του υλικού. Για παράδειγµα η υπεριώδης ακτινοβολία επιδρά ιδιαίτερα στα υλικά µε ίνες αραµιδίου. Η εφαρµογή των υλικών θα πρέπει να γίνεται µε προσοχή και από εξειδικευµένα συνεργεία, στοιχεία τα οποία είναι αµφιλεγόµενο αν τηρούνται στο πλείστον των περιπτώσεων. Στα παραπάνω µειονεκτήµατα θα πρέπει να προστεθούν και η έλλειψη εκπαίδευσης και εξοικείωσης του συνόλου των µηχανικών µε τα νέα αυτά υλικά. Τέλος, η απουσία κανονισµού, ο οποίος να ρυθµίζει θέµατα σχεδιασµού των σχετικών επεµβάσεων, δηµιουργεί επιφυλάξεις ως προς την ορθότητα των επεµβάσεων µε σύνθετα υλικά σε ορισµένες περιπτώσεις. Η επικόλληση στρώσεων ινοπλισµένων πολυµερών από ανθρακονήµατα σε δοµικά στοιχεία κατασκευών µε σκοπό την επισκευή και ενίσχυσή τους, πρωτοεφαρµόστηκε στην Ελβετία το 1984, ενώ την τελευταία εικοσαετία βρίσκει πολλές εφαρµογές µε επιτυχία σε χώρες µε δυσµενείς κλιµατολογικές συνθήκες ή µε ιδιαίτερα υψηλή σεισµική επικινδυνότητα, όπως οι Η.Π.Α, ο Καναδάς, η Ιαπωνία, η Ελβετία, η Αυστραλία κ.α. Στην Ελλάδα µετά τον καταστροφικό σεισµό του Σεπτεµβρίου 1999 στην Αθήνα, παρατηρείται ολοένα και εντεινόµενη χρήση των συνθέτων υλικών κυρίως σε µετασεισµικές επεµβάσεις. Ίσως µάλιστα η ανάγκη για άµεσες, ταχείες και αποτελεσµατικές ενισχύσεις ταυτοχρόνως σε µεγάλο αριθµό κατασκευών που υπέστησαν βλάβες κατά τον εν λόγω σεισµό να λειτούργησε καταλυτικά για την αποδοχή των υλικών αυτών από την κοινότητα των επαγγελµατιών µηχανικών οι οποίοι στη πλειοψηφία τους µέχρι τότε αντιµετώπιζαν τα σύνθετα υλικά µε επιφύλαξη και σκεπτικισµό (Ταστάνη Σ. Π., Πανταζοπούλου Σ. Ι., 2002). Οι εφαρµογές τους µάλιστα ήταν πολύ περισσότερες από αυτές που δικαιολογούσε η διαθέσιµη γνώση και εµπειρία, και σε κάποιες περιπτώσεις εσφαλµένες. Γενικότερα, η χρήση των συνθέτων υλικών, όπως άλλωστε η χρήση οποιουδήποτε άλλου υλικού δεν αποτελεί πανάκεια. Αποτελεί µία από τις διατιθέµενες τεχνικές, η εφαρµογή της οποίας µπορεί, πράγµατι, σε πληθώρα περιπτώσεων και υπό προϋποθέσεις να αποτελεί µία πολύ καλή λύση. 1.3 ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΤΕΧΝΙΚΕΣ Τα βασικά συστατικά ενός συστήµατος ενίσχυσης είναι: α) τα σύνθετα υλικά που αποτελούνται από ίνες σε (συνήθως) πολυµερική µήτρα και β) η κόλλα εφαρµογής τους σε επιφάνειες σκυροδέµατος και τοιχοποιίας.

20 1.3.1 Ίνες Εικόνα 1.1: Τοµή ελάσµατος σύνθετου υλικού σε µεγέθυνση. Οι ίνες στα σύνθετα υλικά διαµέτρου 5-25 µm, αποτελούν τον φορέα ανάληψης εφελκυστικών δυνάµεων παράλληλα στην διεύθυνσή τους. Κύρια χαρακτηριστικά τους είναι η εξαιρετικά υψηλή εφελκυστική αντοχή και η γραµµικά ελαστική συµπεριφορά µέχρι την θραύση τους. Οι κυριότεροι τύποι ινών που χρησιµοποιούνται στο πεδίο των ενισχύσεων είναι οι ίνες άνθρακα (ανθρακονήµατα), οι ίνες γυαλιού (υαλονήµατα) και οι ίνες αραµιδίου (κέβλαρ), οι οποίες περιγράφονται αναλυτικά στις επόµενες ενότητες. Στον Πίνακα 1.1 παρουσιάζονται οι τυπικές ιδιότητες των ινών.

21 Πίνακας 1.1: Τυπικές ιδιότητες των ινών. Υλικό Άνθρακας Μέτρο Ελαστικότητας (GPa) Εφελκυστική αντοχή (MPa) Οριακή παραµόρφωση εφελκυστικής αστοχίας (%) Υψηλής αντοχής Υπέρ-υψηλής αντοχής Υψηλού µέτρου Ελαστικότητας Υπέρ-υψηλού µέτρου Ελαστικότητας Γυαλί Ε Ζ ήar S Αραµίδιο Χαµηλού µέτρου Ελαστικότητας (Κέβλαρ 29) Υψηλού µέτρου Ελαστικότητας (Κέβλαρ 49, Twaron) Ίνες άνθρακα Οι ίνες άνθρακα παρασκευάζονται είτε από θερµική κατεργασία του πολυακρυλονιτριλίου (PAN) είτε µέσω απόσταξης κάρβουνου (pitch). Οι πρώτες χαρακτηρίζονται από µεγαλύτερες αντοχές και µέτρα Ελαστικότητας σε σύγκριση µε τις δεύτερες. Η πυκνότητά τους κυµαίνεται από 1800 έως 1900 kg/m 3. Οι ίνες άνθρακα µπορούν να µορφοποιηθούν και να υφανθούν όπως και οι βαµβακερές ίνες, µε αποτέλεσµα

22 να υπάρχουν ανθρακοϋφάσµατα και πλέγµατα µε διάφορες διατάξεις ινών. Η κύρια χρήση τους είναι για ενεργή ενίσχυση (συνεχής φόρτιση). Τα ανθρακονήµατα χαρακτηρίζονται από εξαιρετική χρονική σταθερότητα. Η χρονική σταθερότητα τους υπερέχει ξεκάθαρα έναντι των άλλων τύπων ινών. Σε ράβδους από άνθρακα που εκτέθηκαν σε διάλυµα αλάτων δεν παρατηρήθηκε καµία αστάθεια µέσα σε ώρες και κάτω από µία διαρκή τάση που αντιστοιχεί έως και στο 70% της στιγµιαίας εφελκυστικής αντοχής. Γι αυτές τις ράβδους δίνεται για 50 χρόνια µία χρονική σταθερότητα της τάξεως του 79% της στιγµιαίας εφελκυστικής αντοχής. Η αντοχή στην κόπωση, όπως και η αντοχή έναντι όλων των πιθανών χηµικών προσβολών των συστηµάτων συνθέτων υλικών µε ίνες άνθρακα είναι ιδιαίτερα υψηλές. Αυτό πιστοποιείται από πολλές εργαστηριακές δοκιµές. Οι δοκιµές διάρκειας σε ράβδους από ίνες άνθρακα, οι οποίες εκτέθηκαν για τρεις µήνες σε υγρά των πόρων του σκυροδέµατος µε ph = 10-13,5, έδειξαν ότι δεν υπήρχε µείωση της ενδοελασµατικής αντοχής σε διάτµηση. Σε άλλες δοκιµές που διεξήχθησαν σε κατασκευαστικά µέρη, τα οποία είχαν εναποτεθεί για παραπάνω από 81 ηµέρες σε αλκαλικά διαλύµατα µε ph = 12,5-13, δεν διαπιστώθηκε πτώση της αντοχής του κατασκευαστικού µέρους. Παράλληλες δοκιµές σε γυµνές ράβδους από ανθρακονήµατα οι οποίες ήταν εκτεθειµένες στα ίδια αλκαλικά διαλύµατα στους 60 0 C, έδειξαν επίσης ότι δεν υπήρξαν αρνητικές επιδράσεις στις µηχανικές τους ιδιότητες. Επιπρόσθετα, αξίζει να αναφερθούν η εξαιρετική συµπεριφορά τους έναντι της θερµότητας και η µικρή τιµή του συντελεστή θερµικής διαστολής των ανθρακονηµάτων (50 φορές περίπου µικρότερος από αυτόν του χάλυβα). Εικόνα 1.2: Ύφασµα από ίνες άνθρακα. Εικόνα 1.3: Έλασµα σε µορφή ρόλου από ίνες άνθρακα.

23 Ίνες γυαλιού Οι ίνες γυαλιού, οι οποίες παρασκευάζονται από λιωµένο γυαλί µε µηχανικό τρόπο, µπορεί να είναι : Τύπου Ε. Τύπου Z ή AR. Τύπου S. Η πυκνότητά τους κυµαίνεται από 2300 έως 2500 kg/m 3. O τύπος Ε είναι ο κοινός και πλέον συνηθισµένος τύπος γυαλιού ο οποίος έχει το µειονέκτηµα της µείωσης της αντοχής του σε αλκαλικό περιβάλλον όπως είναι αυτό του σκυροδέµατος. Γι αυτόν τον λόγο θα πρέπει να χρησιµοποιηθεί σε εφαρµογές όπου δεν υπάρχουν αλκαλικές ουσίες ή σε αντίθετη περίπτωση, να πακτωθεί 100% σε πλέγµα εποξειδικής ρητίνης, αφού υπάρχει ο κίνδυνος να καταστραφεί η επίστρωση στα άκρα της κατά την τοποθέτηση. Το πλέγµα από υαλονήµατα τύπου Ε δεν θα πρέπει να χρησιµοποιηθεί ως µεταγενέστερη ενίσχυση του σκυροδέµατος σε συνδυασµό µε ένα υδατοπερατό πλέγµα. Σε µια προσπάθεια να ξεπεραστεί αυτή η αδυναµία, προστίθεται ποσότητα ζιρκονίου για την παραγωγή τύπου ινών υάλου µε αλκαλική ανθεκτικότητα. Ο τύπος Z ή AR έχει υψηλή αντοχή σε αλκαλικό περιβάλλον και είναι κατάλληλος για περιµετρικές ενισχύσεις δοµικών στοιχείων οπλισµένου σκυροδέµατος µε στόχο την αύξηση της πλαστιµότητας τους. Μπορεί να συνδυαστεί µε ένα πλέγµα εποξειδικής ρητίνης καθώς και µε ένα υδατοπερατό πλέγµα. Ο τύπος S έχει τα χαρακτηριστικά της υψηλής αντοχής και του υψηλού µέτρου Ελαστικότητας. Γενικότερα τα υαλονήµατα είναι κατάλληλα για την ενίσχυση της δοµής ιστορικών κτιρίων και για την τοποθέτηση σε φέροντα υποστρώµατα µε µικρή ενυπάρχουσα εφελκυστική αντοχή. Το µέτρο Ελαστικότητας τους είναι τόσο κοντά στο µέτρο Ελαστικότητας του σκυροδέµατος που τα καθιστά πολύ πιο συµβατά µε το σκυρόδεµα συγκριτικά µε άλλα υλικά ενίσχυσης, ενώ δοκιµές τους υπό συνθήκες κόπωσης απέδειξαν πως συµπεριφέρονται 20 φορές καλύτερα από τον συµβατικό χάλυβα υπό τις ίδιες συνθήκες. Τέλος, το µειονέκτηµα του χαµηλού µέτρου Ελαστικότητας εξισσοροπείται από το συνδυασµό αρκετών στρώσεων.

24 Εικόνα 1.4: Ύφασµα από ίνες γυαλιού Ίνες αραµιδίου Οι ίνες αραµιδίου είναι ελαφρύτερες σε σχέση µε τα ανθρακονήµατα και τα υαλονήµατα καθώς η πυκνότητά τους είναι 1450 kg/m 3. Η δοµή τους είναι ανισότροπη και έχουν µεγαλύτερη αντοχή και µέτρο Ελαστικότητας κατά την διαµήκη διεύθυνση της ίνας. Η συµπεριφορά τους σε εφελκυσµό είναι ελαστική, ενώ σε θλίψη είναι µη γραµµική και πλάστιµη. Οι ίνες που διατίθενται στην διεθνή αγορά διακρίνονται σε αυτές οι οποίες προέρχονται από αρωµατικό πολυαµίδιο (Κέβλαρ, Twaron) και σε εκείνες οι οποίες προέρχονται από αρωµατικό πολυαιθεραµίδιο (Technora). Η επεξεργασία των ινών (κοπή/τοµή) είναι ιδιαίτερα δαπανηρή. Το αραµίδιο χαρακτηρίζεται από υψηλή δυσθραυστότητα. Γι αυτό το λόγο τα πλέγµατα από αραµίδιο χρησιµοποιούνται για την κατασκευή αλεξίσφαιρων γιλέκων. Η ιδιότητά του αυτή το καθιστά ιδιαίτερα ανθεκτικό έναντι κρουστικών φορτίων και γι αυτό τα τελευταία χρόνια προτιµάται για την κατασκευή µανδυών σε βάθρα γεφυρών όπου υπάρχει κίνδυνος πρόσκρουσης οχηµάτων. Ένα επιπρόσθετο πεδίο εφαρµογών αφορά στο µετριασµό της µεταφερόµενης ενέργειας λόγω εκρήξεων. Για τα συνήθη οικοδοµικά έργα η µεγάλη δυσθραυστότητα του αραµιδίου δεν προσφέρει κανένα πλεονέκτηµα έναντι των άλλων τύπων ινών για τις ενισχύσεις των δοµικών στοιχείων. Στο Σχήµα 1.1 και στον Πίνακα 1.2 παρουσιάζονται οι σχέσεις τάσηςπαραµόρφωσης σε εφελκυσµό για διαφόρους τύπους ινών και για τον χάλυβα και µία ποιοτική αξιολόγηση των χαρακτηριστικών των προαναφερθέντων συνθέτων υλικών, αντίστοιχα. Για λόγους σύγκρισης έχουν βαθµολογηθεί σε µία κλίµακα µε άριστα το 10. Εικόνα 1.5: Ύφασµα από ίνες αραµιδίου.

25 Σχήµα 1.1: Σχέσεις εφελκυστικής τάσης-παραµόρφωσης για διαφόρους τύπους ινών και για τον χάλυβα. Πίνακας 1.2: Ποιοτική αξιολόγηση των χαρακτηριστικών συνθέτων υλικών. Χαρακτηριστικό Άνθρακας Αραµίδιο Γυαλί Εφελκυστική αντοχή Μέτρο Ελαστικότητας Παραµόρφωση αστοχίας Συµπεριφορά σε µακροχρόνιες δράσεις Συµπεριφορά σε κόπωση Ανθεκτικότητα σε διάρκεια Πυκνότητα Κόστος 6 6 9

26 1.3.2 Μήτρα Η µήτρα στα σύνθετα υλικά αποτελεί την συγκολλητική ύλη µεταξύ των ινών. Συνήθως είναι ένα θερµοσκληρυνόµενο πολυµερές, το οποίο: Συνδέει τις ίνες µεταξύ τους. Τις προστατεύει. Εξασφαλίζει τη µεταφορά δυνάµεων σε αυτές µέσω της ανάπτυξης διατµητικών τάσεων στη διεπιφάνεια µεταξύ της ίνας και της µήτρας. Καθορίζει και αρκετές µηχανικές ιδιότητες των συνθέτων υλικών, όπως είναι η αντοχή κάθετα στη διεύθυνση των ινών, η διατµητική και η θλιπτική αντοχή. Για την παραγωγή των συνθέτων υλικών χρησιµοποιούνται κυρίως οι εποξειδικές ρητίνες και σπανιότερα οι πολυεστερικές και βινυλεστερικές. Οι εποξειδικές ρητίνες, οι οποίες είναι ο πιο συνηθισµένος και ακριβότερος τύπος µήτρας, υπερέχουν έναντι των άλλων τύπων µήτρας λόγω των εξαιρετικών µηχανικών χαρακτηριστικών και της µεγάλης ανθεκτικότητας σε δυσµενείς περιβαλλοντικές επιδράσεις. Τα κυριότερα είδη ρητινών που χρησιµοποιούνται στην επισκευή και ενίσχυση των κατασκευών παρουσιάζονται στον Πίνακα 1.3 (Τριανταφύλλου, 2005). Πίνακας 1.3: Μηχανικές ιδιότητες ρητινών. Είδος ρητίνης Εφελκυστική αντοχή (MPa) Μέτρο Ελαστικότητ ας (GPa) Επιµήκυνση θραύσης (%) Πυκνότητα (gr/cm 3 ) Εποξειδική Πολυεστερική Βινυλεστερική < Κόλλα Η κόλλα, η οποία είναι κατά κανόνα εποξειδική ρητίνη δύο συστατικών, εφαρµόζεται µεταξύ του υποστρώµατος και του σύνθετου υλικού, εξασφαλίζοντας έτσι τη συνεργασία τους και τη µεταφορά τάσεων από το πρώτο στο δεύτερο. Οι παράγοντες οι οποίοι σχετίζονται µε την χρήση των εποξειδικών ρητινών είναι: Ο χρόνος εργασιµότητας (pot life). Ο χρόνος εφαρµογής (open time).

27 Η θερµοκρασία υαλώδους µετάπτωσης Τ g (glass transition temperature). Ο χρόνος εργασιµότητας είναι αυτός που έχει κανείς στην διάθεσή του για να χρησιµοποιήσει την κόλλα µε ευκολία πριν αρχίσει να αυξάνεται το ιξώδες της και να σκληρύνεται στο δοχείο όπου έγινε η ανάµιξη. Εξαρτάται από τον τύπο κόλλας, από την θερµοκρασία περιβάλλοντος, αλλά και από την ποσότητα κόλλας που προκύπτει µε την ανάµιξη των δύο συστατικών. Ενδεικτικοί χρόνοι για ποσότητα τυπικής κόλλας 5 kg είναι 90 min σε 15 0 C και 30 min σε 35 0 C. Παρατηρούµε ότι όσο αυξάνεται η θερµοκρασία, ο χρόνος εργασιµότητας µειώνεται. Ο χρόνος εφαρµογής αντιπροσωπεύει το χρονικό διάστηµα µέσα στο οποίο η κόλλα είναι ενεργή, δηλαδή έχει ικανοποιητικές συγκολλητικές ιδιότητες. Μέσα σε αυτό το διάστηµα θα πρέπει να ολοκληρώνεται η επικόλληση του οπλισµού ενίσχυσης στην επιφάνεια του υποστρώµατος. Τέλος, στην θερµοκρασία υαλώδους µετάπτωσης οι κόλλες υφίστανται ραγδαία αποµείωση του µέτρου Ελαστικότητας, οπότε έχουν περιορισµένη πλέον ικανότητα µεταφοράς δυνάµεων. Στον Πίνακα 1.4 παρατίθεται συνοπτικά οι ιδιότητες των συνηθισµένων εποξειδικών ρητινών που χρησιµοποιούνται σε τεχνικά έργα και δίνονται και οι αντίστοιχες για το σκυρόδεµα και τον χάλυβα.

28 Πίνακας 1.4: Ενδεικτικές ιδιότητες εποξειδικών ρητινών και σύγκριση µε σκυρόδεµα και χάλυβα. Ιδιότητα (σε 20 0 C) Εποξειδική ρητίνη Σκυρόδεµα Χάλυβας Πυκνότητα Μέτρο Ελαστικότητας Μέτρο διάτµησης Λόγος Poisson Εφελκυστική αντοχή ιατµητική αντοχή Θλιπτική αντοχή Οριακή παραµόρφωση σε εφελκυσµό (%) Ενέργεια θραύσης Συντελεστής θερµικής διαστολής Υδατοαπορροφητικότητα 7 ηµ 25 0 C (% κ.β) Θερµοκρασία υαλώδους µετάπτωσης ( 0 C) Συστήµατα ενίσχυσης Τα συστήµατα ενίσχυσης στοιχείων οπλισµένου σκυροδέµατος είναι τα συστήµατα υγρής εφαρµογής (ή επί τόπου σκλήρυνσης της µήτρας) και τα προκατασκευασµένα (η σκλήρυνση της µήτρας έχει προηγηθεί της εφαρµογής). Τα συστήµατα υγρής εφαρµογής είναι: Φύλλα (sheets) ή υφάσµατα (fabrics) αποτελούµενα από συνεχείς ίνες µίας (κυρίως) διεύθυνσης χωρίς µήτρα ( ξηρή κατάσταση ). Για την εφαρµογή τους απαιτείται συνήθως η εφαρµογή ασταρώµατος στο σκυρόδεµα, και ακολούθως ο εµποτισµός των ινών µε ρητίνη, βάσει µίας εκ των εξής µεθόδων: i. εφαρµογή της ρητίνης στο υπόστρωµα (σκυρόδεµα) και τοποθέτηση των ινών απευθείας στην ρητίνη. ii. προεµποτισµός των ινών επί τόπου στο έργο αλλά όχι επάνω στο υπό ενίσχυση στοιχείο µε ρητίνη και ακολούθως επικόλληση.

29 Υφάσµατα (fabrics) αποτελούµενα από συνεχείς ίνες σε δύο τουλάχιστον διευθύνσεις χωρίς µήτρα ( ξηρή κατάσταση ). Η εφαρµογή τους γίνεται όπως περιγράφεται παραπάνω. Φύλλα (sheets) ή υφάσµατα (fabrics) αποτελούµενα από συνεχείς ίνες µίας (κυρίως) διεύθυνσης, τα οποία επειδή έχουν µεγάλο πάχος προεµποτίζονται µε ρητίνη (µήτρα) σε µη σκληρυµένη µορφή κάνοντας χρήση ειδικών συσκευών προεµποτισµού. Κατά την διάρκεια της εφαρµογής είναι πιθανόν να χρειαστεί επιπλέον ποσότητα ρητίνης. Φύλλα (sheets) ή υφάσµατα (fabrics) αποτελούµενα από συνεχείς ίνες σε τουλάχιστον δύο διευθύνσεις τα οποία επειδή έχουν µεγάλο πάχος προεµποτίζονται µε ρητίνη (µήτρα) σε µη σκληρυµένη µορφή κάνοντας χρήση ειδικών συσκευών προεµποτισµού. Κατά την διάρκεια της εφαρµογής είναι πιθανόν να χρειαστεί επιπλέον ποσότητα ρητίνης. Συνεχείς ίνες χωρίς µήτρα ( ξηρή κατάσταση ) συγκεντρωµένες σε µορφή νήµατος (tow), το οποίο εµποτίζεται µε ρητίνη ενώ τυλίγεται στο υπό ενίσχυση δοµικό µέλος. Προεµποτισµένες συνεχείς ίνες, συγκεντρωµένες σε µορφή νήµατος (tow), το οποίο ενώ τυλίγεται στο υπό ενίσχυση µέλος, υφίσταται ενδεχοµένως και πρόσθετο εµποτισµό. Τα προκατασκευασµένα συστήµατα ενίσχυσης είναι: Προκατασκευασµένα ευθύγραµµα δύσκαµπτα ελάσµατα (strips) τα οποία επικολλούνται µέσω ρητίνης. Τα ελάσµατα διατίθενται συνήθως σε µορφή ρολών ( κουλούρες ) και παράγονται µε την µέθοδο της εξέλασης (pultrusion) ή σπανιότερα, της στρωµάτωσης (lamination). Στη µέθοδο της εξέλασης οι ίνες είναι κατά κανόνα συνεχείς και παράλληλες στην διεύθυνση των ελασµάτων, ενώ η στρωµάτωση επιτρέπει την χρήση ινών σε διαφορετικές διευθύνσεις. Τα ελάσµατα χρησιµοποιούνται κυρίως για την αύξηση της καµπτικής αντοχής µελών σκυροδέµατος. Προκατασκευασµένες ράβδοι (bars) κυκλικής ή συνήθως ορθογωνικής διατοµής, οι οποίες τοποθετούνται σε επιφανειακές εγκοπές γεµισµένες µε ρητίνη ή πολυµερικό κονίαµα. Προκατασκευασµένα κελύφη (shells), µανδύες (jackets), ή γωνιές (angles), τα οποία επικολλούνται µέσω ρητίνης.

30 Σε γενικές γραµµές τα προκατασκευασµένα ελάσµατα προτιµούνται έναντι των υφασµάτων όταν η εφαρµογή γίνεται σε επίπεδες επιφάνειες (π.χ. καµπτική ενίσχυση δοκών ή πλακών, χιαστί ή οριζόντια διάταξη για τοιχοποιίες σε εντός επιπέδου τέµνουσα) και απαιτούνται σηµαντικά πάχη, ενώ σε άλλες περιπτώσεις (π.χ. µανδύες υποστυλωµάτων, διατµητική ενίσχυση δοκών) η εφαρµογή υφασµάτων µέσω της υγρής µεθόδου είναι προτιµητέα Τεχνικές εφαρµογής των συνθέτων υλικών Η βασική τεχνική, η οποία είναι και η πλέον συνηθισµένη (και εφαρµόζεται ουσιαστικά κατ αποκλειστικότητα στη χώρα µας), περιλαµβάνει την διά χειρός επικόλληση είτε υφασµάτων (προεµποτισµένων µε ρητίνη ή µη προεµποτισµένων), είτε προκατασκευασµένων στοιχείων (π.χ. ελάσµατα) σε στοιχεία οπλισµένου σκυροδέµατος, µέσω εποξειδικών ρητινών. Πριν την έναρξη της διαδικασίας εφαρµογής των συνθέτων υλικών θα πρέπει να έχουµε υπ όψη µας τα εξής: Η εφαρµογή ελασµάτων σε σκυρόδεµα προϋποθέτει ελάχιστη εφελκυστική αντοχή του υποστρώµατος της τάξης του 1.5 MPa. Η αντοχή αυτή µπορεί να εκτιµηθεί επί τόπου µε δοκιµή τύπου pull-off. Η επιλογή της ρητίνης θα πρέπει να γίνει λαµβάνοντας υπόψη, εκτός από τις συνθήκες υγρασίας, και τις συνθήκες θερµοκρασίας, οι οποίες είναι καθοριστικές για τη σκλήρυνση της ρητίνης αλλά και για την µετέπειτα συµπεριφορά της. Η εφαρµογή των ρητινών σε χαµηλές θερµοκρασίες περιβάλλοντος ενδέχεται να πρέπει να γίνεται σε συνδυασµό µε επιβολή τοπικής θέρµανσης. Τα ελάσµατα συνθέτων υλικών θα πρέπει να κόβονται µε τροχό ή πριόνι στο επιθυµητό µήκος, να καθαρίζονται σχολαστικά (π.χ. µε διάλυµα ακετόνης) ή να αφαιρείται από αυτά η προστατευτική µεµβράνη (όπου υπάρχει) λίγο πριν από την εφαρµογή τους, να υφίστανται προσεκτική µεταχείριση από το τεχνικό προσωπικό το οποίο θα πρέπει να φορά απαραιτήτως γάντια, και να τοποθετούνται χωρίς να υφίστανται στρέβλωση. Κατά την εφαρµογή των υφασµάτων, θα πρέπει να αποφεύγονται οι πτυχώσεις ώστε οι ίνες να είναι όσο το δυνατόν πιο ευθύγραµµες. Το ρολό µε το οποίο θα εµποτίζεται το ύφασµα µε ρητίνη, θα πρέπει να δουλεύει προς την διεύθυνση των ινών και προς µία µόνο κατεύθυνση (όχι εµπρός-πίσω), ώστε να αποφευχθεί η χαλαρότητα του υφάσµατος και η δηµιουργία πτυχώσεων έως ότου η ρητίνη

31 διαποτίσει το ύφασµα. Σε περίπτωση λάθους (π.χ. δηµιουργία πτυχώσεων, λάθος κατεύθυνση ινών) και εφόσον δεν έχει παρέλθει ο ενεργός χρόνος εφαρµογής της ρητίνης, το ύφασµα θα πρέπει να αφαιρείται µε τα χέρια και η εφαρµογή να επαναλαµβάνεται. Αν ο ενεργός χρόνος έχει παρέλθει, ύφασµα και ρητίνη θα πρέπει να αποµακρυνθούν, να απορριφθούν και η εφαρµογή να γίνει εκ νέου. Στην περίπτωση ενίσχυσης υποστυλωµάτων ορθογωνικής διατοµής, θα πρέπει να στρογγυλεύονται οι γωνίες της διατοµής µε ακτίνα καµπυλότητας της τάξης των 20 mm (ειδικά για υλικά µε ίνες αραµιδίου η ακτίνα µπορεί να µειωθεί στα 10 mm). Για ενίσχυση έναντι κάµψης, θα πρέπει να αποφεύγονται οι µατίσεις ελασµάτων (ή υφασµάτων) µε υπερκάλυψη. Όπου αυτές είναι τελείως απαραίτητες να γίνονται (παράλληλα στην διεύθυνση των ινών) µε µήκος υπερκάλυψης τέτοιο ώστε να εξασφαλίζεται ότι η εφελκυστική αστοχία του οπλισµού θα προηγείται της αποκόλλησης στη µάτιση. Επίσης, να αποφεύγεται η τοποθέτηση πάνω από τρεις στρώσεις ελασµάτων ή πέντε στρώσεις υφασµάτων. Επίσης, στις θέσεις απόληξης των ελασµάτων ή υφασµάτων συνίσταται η επικόλληση υφασµάτων µορφής U ώστε να βελτιωθούν οι συνθήκες αγκύρωσης. Για ενίσχυση έναντι διάτµησης συνίσταται, στην περίπτωση ενίσχυσης πλακοδοκών, να γίνεται αγκύρωση των οπλισµών διάτµησης στην θλιβόµενη ζώνη. Αν η αγκύρωση δεν είναι εφικτή, συνίσταται η έµπηξη του υφάσµατος σε εσοχή µέσω ράβδου και ακολούθως η επέκταση του στο κάτω µέρος της πλάκας, σε απόσταση περίπου ίση µε 150 mm. Επιπλέον, όταν γίνεται καθολική περιτύλιξη υποστυλωµάτων µε υφάσµατα, η µάτιση κάθε τµήµατος θα πρέπει να γίνεται σε διαφορετική πλευρά. Για ενίσχυση έναντι περίσφιγξης, θα πρέπει η υπερκάλυψη των δύο άκρων σε επάλληλες στρώσεις επί υποστυλωµάτων ορθογωνικής διατοµής να έχει µήκος τέτοιο ώστε η θραύση του µανδύα να προηγείται της αποκόλλησης. Ενδεικτικό ελάχιστο µήκος υπερκάλυψης είναι τα 200 mm, για υφάσµατα ινών άνθρακα ονοµαστικού πάχους mm. Ο µέγιστος επιτρεπόµενος αριθµός στρώσεων για την κατασκευή µανδύα είναι της τάξης του 15 ή όπως συνιστάται από τον προµηθευτή του συστήµατος ενίσχυσης. Ακόµη, στη περίπτωση εφαρµογής µανδύα στις κρίσιµες περιοχές υποστυλωµάτων πρέπει να αφήνεται κενό της τάξης των 15 mm, ώστε αφενός να µην παρεµποδίζεται η στροφή της ακραίας

32 διατοµής, αφετέρου να µην υφίσταται σύνθλιψη ο µανδύας λόγω της στροφής αυτής (Τριανταφύλλου, 2005). Μια τυπική διαδικασία εφαρµογής της τεχνικής µπορεί να είναι ή εξής: Αποµακρύνεται η επιδερµική στρώση σκυροδέµατος στην επιφάνεια που θα γίνει η επικόλληση έτσι ώστε να αποκαλυφθούν τα αδρανή σε βάθος περίπου 5 mm, χρησιµοποιώντας ειδικό µηχανικό εξοπλισµό ή υδροβολή. Εφόσον το σύνθετο υλικό καλύπτει και γωνίες του στοιχείου σκυροδέµατος, αυτές εξοµαλύνονται και λειαίνονται για να αποκτήσουν καµπυλότητα της τάξης των 20 mm. Η επιφάνεια σκυροδέµατος καθαρίζεται καλά, διαβρέχεται µε νερό υπό πίεση και µετά στεγνώνεται. Η υγρασία της τελικής επιφάνειας του σκυροδέµατος δεν επιτρέπεται να είναι περισσότερο από 4%. Τυχόν υγρασία άνω του 4%, τόσο επιφανειακή όσο και εγκλωβισµένη στο υπό ενίσχυση στοιχείο, προϋποθέτει την χρήση ειδικών ρητινών. Η επιφάνεια του σκυροδέµατος εµποτίζεται µε αραιό διάλυµα εποξειδικής κόλλας εάν κριθεί ότι είναι ιδιαίτερα πορώδης ή υπάρχουν µικρορηγµατώσεις. Στη συνέχεια επαλείφεται µε παχύρρευστο συγκολλητικό υλικό που συνήθως είναι εποξειδικός στόκος. Σηµειώνεται ότι συχνά επιλέγεται η διαδικασία λείανσης της επιφάνειας χωρίς να προηγηθεί η εξοµαλυντική στρώση του εποξειδικού στόκου. Μετά τη σκλήρυνση του συγκολλητικού υλικού, η επιφάνεια λειαίνεται µε επιµέλεια έτσι ώστε να µην υπάρχει ανωµαλία σε ύψος µεγαλύτερο από 1 mm. Η επιφάνεια αναµονής επαλείφεται µε εποξειδική κόλλα πάχους 1-2 mm µε κατάλληλο ιξώδες που διευκολύνει την τοποθέτηση του φύλλου. Η κόλλα τοποθετείται µε µεγαλύτερο πάχος, που είναι της τάξης των 10 mm στην κεντρική περιοχή επαφής, έτσι ώστε να κατά την τοποθέτηση του φύλλου η κόλλα να προχωράει προς τα έξω όταν συµπιεστεί. Συχνά, τα χαρακτηριστικά της κόλλας προδιαγράφονται από τον προµηθευτή του σύνθετου υλικού. Το φύλλο του σύνθετου υλικού τοποθετείται στην επιφάνεια αναµονής, εφαρµόζοντας οµοιόµορφη πίεση, µε τέτοιο τρόπο έτσι ώστε να µην εγκλωβιστεί αέρας. Συνήθως χρησιµοποιείται ένα σκληρό ρολό. Μετά πάροδο χρόνου µισής έως µίας ώρας, αφαιρείται το προστατευτικό κάλυµµα του φύλλου και οι ίνες επαλείφονται µε µία δεύτερη στρώση της ίδιας κόλλας.

33 Αν προβλέπεται η τοποθέτηση περισσότερων του ενός φύλλου, η διαδικασία επαναλαµβάνεται προετοιµάζοντας µε ανάλογο τρόπο την εξωτερική επιφάνεια του προηγούµενου ελάσµατος. Τελικά µπορεί να χρησιµοποιηθεί ένα πεταχτό τσιµεντοκονίαµα για προστασία των φύλλων του σύνθετου υλικού από υψηλές θερµοκρασίες (π.χ. πυρκαγιά) και άλλες περιβαλλοντικές προσβολές (Υ.Π.ΕΧ.Ω..Ε, 2001). Εκτός από την βασική τεχνική, έχουν αναπτυχθεί και κάποιες ειδικές τεχνικές εφαρµογής των συνθέτων υλικών οι οποίες δεν έχουν τύχει ακόµα ευρείας εφαρµογής. Οι κυριότερες τεχνικές αυτές είναι οι εξής: Η αυτοµατοποιηµένη περιτύλιξη. Η εφαρµογή µε προένταση. Η επιταχυµένη σκλήρυνση µε θέρµανση. Η εφαρµογή ράβδων σε εγκοπές. Τα προκατασκευασµένα στοιχεία. Η µηχανική στερέωση ελασµάτων µε αγκύρια. Η τεχνική της αυτοµατοποιηµένης περιτύλιξης νηµάτων αναπτύχθηκε στην Ιαπωνία στις αρχές της δεκαετίας του 90 και λίγο αργότερα στις Η.Π.Α. Περιλαµβάνει την χωρίς διακοπή περιτύλιξη προεµποτισµένων µε ρητίνη νηµάτων υπό µικρή γωνία γύρω από υποστυλώµατα γεφυρών ή από άλλα στοιχεία (π.χ. καπνοδόχοι), µέσω ειδικής συσκευής ροµπότ. Βασικό πλεονέκτηµα της τεχνικής, πλέον του καλού ποιοτικού ελέγχου είναι η µεγάλη ταχύτητα εφαρµογής. Η µέθοδος της προέντασης, η οποία αναπτύχθηκε στις αρχές της δεκαετίας του 90 (Triantafillou and Descovic, 1991, Deuring, 1993), περιλαµβάνει την επικόλληση ελασµάτων ενώ αυτά βρίσκονται υπό τάνυση. Με αυτόν τον τρόπο εκµεταλλευόµαστε τα πλεονεκτήµατα της προέντασης µε αποτέλεσµα: Την αύξηση της δυσκαµψίας αφού στα πρώτα στάδια το µεγαλύτερο ποσοστό του σκυροδέµατος είναι υπό θλίψη. Την καθυστέρηση σχηµατισµού και µείωση του πλάτους των ρωγµών, τα οποία µε την σειρά τους οδηγούν σε αύξηση της ανθεκτικότητας σε βάθος χρόνου. Η ίδια ενίσχυση να επιτυγχάνεται µε µικρότερη επιφάνεια προεντεταµένων ελασµάτων σε σχέση µε τα µη προεντεταµένα. Την αύξηση της καµπτικής και της διατµητικής αντοχής σε σχέση µε την εφαρµογή της τεχνικής χωρίς προένταση. Την αύξηση της ροπής αντοχής εφόσον το µήκος αγκύρωσης είναι επαρκές.

34 Την αύξηση του µεγέθους του εφαρµοζόµενου φορτίου που απαιτείται για την διαρροή του διαµήκους οπλισµού του υπό ενίσχυση στοιχείου. Η τεχνική της προέντασης όµως, εκτός από τα προαναφερθέντα πλεονεκτήµατα, έχει και ορισµένα µειονεκτήµατα όπως την αύξηση του κόστους αλλά και του βαθµού πολυπλοκότητας της µεθόδου εφαρµογής, λόγω της ανάγκης για την χρήση ειδικών αγκυρώσεων. Η τεχνική αυτή µπορεί να εφαρµοστεί και σε µανδύες υποστυλωµάτων π.χ. είτε εφαρµόζοντας τα σύνθετα υλικά µε τις ίνες υπό τάνυση, είτε εισάγοντας στο κενό µεταξύ µανδύα και υποστυλώµατος ρητίνη υπό πίεση ή διογκούµενο κονίαµα. Κατά την εφαρµογή της µεθόδου της επιταχυµένης σκλήρυνσης µε θέρµανση, η σκλήρυνση της εποξειδικής ρητίνης στην διεπιφάνεια ελάσµατος σκυροδέµατος µπορεί να επιταχυνθεί σηµαντικά µέσω της χρήσης ειδικών συσκευών θέρµανσης (π.χ. θερµαντικά σώµατα, συσκευές θέρµανσης µε βάση υπέρυθρες ακτίνες, θερµαντικά καλύµµατα). Έτσι αυξάνεται σηµαντικά η ταχύτητα εφαρµογής της ενίσχυσης (π.χ. τρεις ώρες θέρµανσης σε 70 0 C αρκούν για πλήρη σκλήρυνση), ακόµα και στην περίπτωση όπου η θερµοκρασία είναι χαµηλή οπότε δεν ευνοείται η σκλήρυνση της ρητίνης. Πρόσθετο πλεονέκτηµα της επιταχυµένης σκλήρυνσης είναι η αύξηση της θερµοκρασίας υαλώδους µετάπτωσης της ρητίνης. Τα προκατασκευασµένα στοιχεία από σύνθετα υλικά είναι συνήθως της µορφής: i. Ελάσµατος, µε πάχος της τάξης του 1 mm και πλάτος της τάξης των 50, 100 mm. ii. Γωνιών, που χρησιµοποιούνται σε εφαρµογές ενίσχυσης (π.χ. πλακοδοκών) έναντι τέµνουσας. iii. Μανδύα-κελύφους, που τοποθετείται περιµετρικά υποστυλωµάτων µε σκοπό την αύξηση της περίσφιγξης ή της διατµητικής αντοχής. Η τοποθέτηση και επικόλληση µέσω εποξειδικής ρητίνης ράβδων σε εγκοπές, αποσκοπεί συνήθως στην αύξηση της καµπτικής αντοχής υφισταµένων µελών σκυροδέµατος, και της διατµητικής και/ή καµπτικής αντοχής τοιχοποιίας. Το συγκριτικό πλεονέκτηµα της τεχνικής αυτής, σε σχέση µε την επιφανειακή επικόλληση, είναι η εξαιρετικά βελτιωµένη συνάφεια των συνθέτων υλικών µε το σκυρόδεµα ή την τοιχοποιία και εν γένει η καλύτερη προστασία τους. Για ευνόητους λόγους η µέθοδος αυτή δεν εφαρµόζεται σε µέλη σκυροδέµατος µε µικρή επικάλυψη. Η τεχνική της µηχανικής στερέωσης ελασµάτων µε αγκύρια αναπτύχθηκε σχετικά πρόσφατα (π.χ. Lamanna et al., 2001). Με βάση την τεχνική αυτή, η στερέωση των ελασµάτων στην εξωτερική επιφάνεια σκυροδέµατος γίνεται µε αγκύρια ή καρφιά απουσία